Moderní koncepce turbosoustrojí s převodov­kou má však svá úskalí, resp. výzvy kladené ne­jen na diagnostiku jejich stavu, ale i na provoz­ní personál a rovněž na jejich údržbu. V dalším textu jsou vyjmenované obecné skutečnosti, které je vhodné brát v úvahu.

 

ZTRÁTY PŘEVODOVKY

Ztráty jsou v zásadě stejné v celém rozsahu vý­konů, a to zejména s ohledem na ztráty venti­lační. Tyto závisí na otáčkách, přičemž otáčky turbosoustrojí s generátorem jsou konstant­ní. U teplárenských soustrojí, která jsou mimo zimní sezónu provozována na 50 % a nižší vý­kon, již pak celková účinnost soustrojí není až tak výhodná.

 

USTAVENÍ SPOJEK SOUSTROJÍ

Je potřeba brát na zřetel teplotní nárůsty pře­vodovky v horizontální i vertikální rovině. K to­mu je potřeba zohlednit posunutí středu čepu v kluzných ložiskách za provozu. Obvykle (v zá­vislosti na směru otáčení) pastorek převodovky za provozu pracuje v důsledku působení sil od zubů na horní části ložiska.

Výrobce někdy udává specifikace pro ustave­ní spojek, včetně horizontálního i vertikálního přesazení, které jsou spočteny pro dané teplot­ní relace. Jedná se o teplotu okolí v době ustavo­vání vzhledem k provozní teplotě jednotlivých částí soustrojí. Tyto předpoklady však v pra­xi nemusí být v provozních podmínkách dodr­ženy. Je vhodné provést ověření termovizním měřením a následně provést korekci ustavení.

 

ŽIVOTNOST OZUBENÍ

V rámci plánování nákladů na údržbu je nutno počítat s náklady na výměnu ozubených souko­lí po určité době provozu. Tyto náklady jsou re­lativně vysoké. V naší praxi jsme se několikrát setkali s tím, že životnost ozubení se pohybo­vala kolem 10 let provozu. Je to výrazně méně než udává výrobce. V několika případech došlo k poškození ozubení – například odlomení čás­ti zubu (obr. 1 vlevo).

Dodací termíny nového soukolí jsou v řádech měsíců, avšak setkali jsme se i s dodacím ter­mínem jeden a půl roku. V mezidobí bylo nut­no soustrojí provozovat s poškozením, a to po úpravě spočívající ve vybroušení zubu (obr. 1 vpravo) a provozním dovyvážení rotoru. Je však nutno poznamenat, že výkon soustrojí může v těchto případech být omezen – a to až na 50 % jmenovitého výkonu.

 

VYVÁŽENÍ ROTORŮ

Jak bylo uvedeno, část soustrojí je vysokootáč­ková a z toho vyplývající požadavky na vyso­kou jakost vyvážení. Je však vhodné pamatovat na možnost provozního dovyvážení rotorů ve smontovaném stroji. V naší praxi již bylo nutno stroj několikrát provozně vyvažovat. K tomuto tématu se váže rovněž požadavek na pečlivé tří­dění hmotnosti šroubů do spojek.

 

POŽADAVKY NA DIAGNOSTIKU STAVU PŘEVODOVKY

S ohledem na výše uvedený částečný výčet mož­ných problémů je kladen zvýšený důraz na sledo­vání provozní spolehlivosti a tím i na diagnostiku stavu těchto soustrojí. Obecně lze diagnostiku dělit na diagnostiku provozní a na diagnostické kontroly prováděné v době odstávky stroje.

 

DIAGNOSTICKÉ KONTROLY PŘI ODSTAVENÉM SOUSTROJÍ

– Kontrola průtočné části turbíny vizuálně přes průzory, případně endoskopicky. Za­hrnuje zpravidla kontrolu posledních dvou, resp. tří oběžných řad a případně lopatko­vání regulačního stupně;

– Pravidelná kontrola stavu ozubení pomo­cí penetrační zkoušky a magnetickou zko­uškou;

– Doporučuje se rovněž kontrola záběru zubů (berlínská modř). V současné době výrobci převodovek používají kontrolní barevné ná­střiky na několika zubech, pomocí kterých je možno provést kontrolu záběru zubů za pro­vozu. Většinou se používají dva druhy ná­střiku. Jeden s krátkou životností (jeden mě­síc) a jeden s životností cca jeden rok.

 

PROVOZNÍ DIAGNOSTIKA

Jsou používány následující metody provozní diagnostiky:

– pravidelný odběr a analýza vzorků oleje;

– diagnostika provozních parametrů (řídicí systém stroje), včetně ohodnocení trendů a úrovně celkových hodnot vibrací;

Poznámka:

Pro ohodnocení mechanického stavu soustro­jí se používají celkové hodnoty vibrací absolut­ních a relativních vibrací (ISO normy).

Pro ohodnocení stavu převodovky se navíc po­užívá celková hodnota zrychlení vibrací ve frek­venčním rozsahu do 10 kHz a více. Měřené frekvenční pásmo obsahuje frekvenci záběru zubů a její harmonické násobky.

Podrobná analýza vibrací, jako hlavní meto­da pro sledování stavu turbosoustrojí s převo­dovkou, zahrnuje analýzu frekvenčních spekter vibrací, vektorů důležitých frekvenčních složek (zejména amplitudy a fáze otáčkové složky). Ta­ké zubové složky vibrací a jejich násobků a u re­lativních vibrací rovněž polohu středu hřídele.

Velmi užitečnou metodou analýzy vibrací je rovněž metoda časově cyklického průměrování (metoda CTA – Cyclic Time Averaging) se zo­brazením výsledku analýzy ve formě grafu pro­filu. Metoda je vhodná například pro kvalitativ­ní ohodnocení záběru zubů – viz. následující příklady z praxe.

 

NĚKTERÉ PŘÍKLADY Z PRAXE

V praxi jsme řešili několik problému turboso­ustrojí s převodovkou. Jednalo se o různé typy problémů, které měly společné to, že se vždy jednalo hlavně o problém převodovky.

Případ 1: Zvýšená hlučnost převodovky nové­ho stroje

Jedná se o soustrojí s otáčkami turbiny 9 450 ot/ min a generátoru 1 500 ot/min, a jmenovitým výkonem 8 MW. Konstrukční uspořádání je ná­sledující: jednotělesová parní turbína, převo­dovka a generátor.

Po uvedení nového soustrojí do provozu do­cházelo v nepravidelných intervalech ke zvýše­né hlučností převodovky. Analýzou provozních parametrů nebyla zjištěna závislost na někte­rém z měřených parametrů (např. na změně vý­konu) – viz obr. 2.

Zvýšená hlučnost převodovky byla indikována s tří i vícenásobně zvýšené úrovně hodnot úrov­ně zrychlení vibrací ze snímačů umístěných na převodovce. Hodnoty absolutních i relativních snímačů vibrací na tuto skutečnost nereagovaly.

Analýzou vibrací bylo zjištěno zvýšení úrovně zubové složky vibrací a jejich násobků v době provozu převodovky se zvýšenou hlučností (obr. 3).

Následně byla provedena analýza záběru zubů pomocí zmiňované metody časově cyklické­ho průměrování (CTA). Grafy profilu pro stan­dardní provoz a provoz se zvýšenou hlučností ukazují na fakt, že při zvýšené hlučností dochá­zí k zakmitávání v průběhu záběru jednotlivých zubů (obr. 4).

Jednou z hypotéz, proč k tomuto zakmitávání dochází je skutečnost, že pro tak velký převo­dový poměr je pastorek konstrukčně velmi malý a jeho tuhost může být tímto nedostatečná. Ty­to projevy se v nezmenšené míře projevují ne­ustále. I přes prodlouženou dobu záruky bude zajímavé sledovat životnost ozubení.

Případ 2: Problém s ustavením soustrojí

Jedná se o soustrojí s otáčkami 8 870, resp. 3 000 1/min a jmenovitém výkonu 160 MW. Konstrukční uspořádání je: vysokotlaký díl turbíny – převodovka – generátor – nízkotlaký díl turbíny.

Od začátku uvádění do provozu měl dodava­tel problémy s ustavením soustrojí. Došlo k ně­kolikerému přestavení spojek, což vedlo k pod­statnému zlepšení situace. Jak je však z výsledků analýzy patrno, ani tento zlepšený stav ještě ne­ní dostačující a bude vyžadovat další korekce v ustavení spojek. Z analýzy spekter vibrací jsou parné zvýšené úrovně složky záběru zubů a je­jich harmonických násobků. Navíc analýza gra­fů profilu poukazuje na výraznou deformaci na výstupu převodovky od příčné síly v důsledku ustavení spojky převodovka – generátor (obrá­zek 5 vlevo). Dále je patrno, že záběr zubů není dostatečně plynulý (obrázek 5 vpravo).

 

ZÁVĚREM

Uspořádání turbínových soustrojí s převodov­kou je nepochybně moderním trendem. Takto uspořádané turbínové soustrojí má svoje před­nosti (je výrobně levnější, menší a má vyšší účinnost), avšak i své slabší stránky. Jedná se o složitější zařízení, ve kterém sa převodovka jeví jako nejslabší, nejméně probádaný článek soustrojí. Řešení není, na rozdíl od konfigura­ce turbína – generátor, podloženo desítkami let zkušeností z provozu.

Na diagnostiku soustrojí jsou kladeny zvýšené nároky, a to jak na přístrojové vybavení, tak i na znalosti a zkušenosti vibračních analytiků. Me­toda časově cyklického průměrování (CTA) ve spojení s grafem profilu se jeví jako vhodný do­plněk analýzy, a to zejména s ohledem na kva­litativní ohodnocení jak stavu ozubení, tak i sa­motného záběru zubů.

 

TEXT/FOTO TADEÁŠ LIPUS, autor pracuje v společnosti SKF LOŽISKA, a. s.